Kalk dient im Schachtofen als Trägermedium und Katalysator / 11.05.2016

Synthesegas aus Kunststoffabfällen

Die neue Schachtofenanlage: Im Prozess dient Kalk als Transportmedium und bindet zugleich auch Halogene und andere Schadstoffe. Bild: Ecoloop

Ein neu entwickeltes Vergasungsverfahren verwertet Altkunststoffe, kohlenstoffhaltige Sortierreste und Gummiteile sowie Schreddermaterial der Automobilindustrie. Es kann auch chlorhaltige Kunststoffströme mit PVC-Anteilen umweltfreundlich und effizient verarbeiten.

Die neue Schachtofenanlage erzeugt daraus ohne Rauchgasemissionen ein gereinigtes Synthesegas. Dieses kann wertvolle Primärenergieträger wie Erdgas in Hochtemperaturprozessen ersetzen oder auch zur Stromerzeugung in effizienten Gasmotoren eingesetzt werden. Im Prozess dient Kalk als Transportmedium und bindet zugleich auch Halogene und andere Schadstoffe.

Kunststoffabfälle energetisch verwerten

Das Verfahren verwertet unterschiedlichste Reststoffe, auch problematische Kunststoffabfälle oder kontaminierte Materialien. Potenzielle Einsatzstoffe sind beispielsweise Sortierreste aus dem gelben Sack, Schredderschwer- und -leichtfraktion, Kunststoffverbundstoffe oder auch kontaminierte Abfallhölzer, sonstige Biomassen, Dachpappen, Braunkohle, Salzkohle, Ölschiefer, Teerseen, kontaminierte Böden, bitumenhaltige Abfälle sowie Klärschlämme. Manche Abfälle, wie Klärschlämme oder kunststoffhaltige E-Schrott-Fraktionen, enthalten Wertstoffe, beispielsweise Phosphor, Edelmetalle oder seltene Erden. Diese können durch Bindung am Feinkalk angereichert, abgetrennt und wiederverwertet werden.

 

Roland Möller, Leiter des Forschungsvorhabens und Geschäftsführer der Firma Ecoloop: „Wir machen aus Reststoffen Gas. Die bei Verbrennungsprozessen übliche Limitierung der Einsatzmaterialien für Chlor gibt es bei unserer Technologie nicht. Mit Ecoloop wollen wir die Abfall- und Recyclingtechnik sinnvoll ergänzen.“ Die energetische Verwertung von Kunststoffabfällen in der neuen Vergasungsanlage stellt eine günstige Alternative zur Verbrennung in Müllverbrennungsanlagen (MVA) mit anschließend erforderlicher Rauchgasreinigung dar.

Im Schachtofen entsteht Synthesegas

Die Ofenanlage kombiniert bewährte technische Anlagen und Methoden, die vor allem aus der Kalkindustrie stammen, zu einem neuartigen flexiblen Verwertungsverfahren. Dabei werden die Reststoffe mit Grob-Kalk vermischt und im Gegenstromprinzip in einem Schüttgutwanderbett zu Synthesegas umgewandelt. Die Wanderbettvergaser-Anlage kommt ohne komplexe oder anfällige drehende Teile oder Einbauten aus. Das Material wird in einem Schüttgutwanderbett aus Kalk und Ersatzbrennstoffen durch die eigene Schwerkraft von oben nach unten transportiert, genauso wie im Kalkbrennprozess.

Kalk hat Schlüsselfunktion im Prozess

Funktionsschema des Schachtreaktors
Funktionsschema des Schachtreaktors: 1 Eingangsmaterial wird mit Kalk gemischt, bevor es in die heißen Reaktorzonen gelangt. 2 Material wird durch Schwerkraft gefördert und durch einen DrehtellerAustrag gesteuert. 3 Nach der Vergasung in den oberen Zonen wandert der übrige Pyrolysekoks in die Brennzone und liefert Energie für den Prozess. 4 In der Kühlzone wird der Kalk durch Luft und Wasser heruntergekühlt. 5 Synthesegas wird am oberen Reaktorkopf abgesaugt und Schadstoffe bleiben an den Feinkalk gebunden. 6 Schadstoffe werden mit Feinkalk und Asche ausgesiebt. 7 Grobkalk wird in den Prozess zurückgeführt. Bild: Michael Kübel

Für den Umwandlungsprozess im Schachtofen spielt Kalk eine entscheidende Rolle; er ist zugleich Transportmedium für die Brennstoffe und gasdurchlässiges Stützgerüst innerhalb des Schüttgutwanderbettes. Seine katalytische Wirkung steigert die Entstehung von Synthesegas. Außerdem absorbiert der Kalk Chlor, verhindert die Bildung von Dioxinen und Furanen und unterbindet so die Entstehung gefährlicher Rauchgase bei der späteren Synthesegas-Nutzung. Im Bereich von 400 bis 800 °C unterstützt der Kalk in Anwesenheit von Wasserdampf als Katalysator die Reformierung von langkettigen Polymeren und polyzyklischen Derivaten. Dadurch wird die Bildung unerwünschter öl- und teerhaltiger Spaltprodukte erheblich reduziert. Saure Schadstoffe wie Chlorwasserstoff- oder Schwefelverbindungen werden an den Kalk gebunden und zusammen mit der Asche als Feingut aus dem Grobkalk abgetrennt. Dieser kann danach erneut in der Gasgewinnungseinheit als Teil des Schüttgutwanderbetts verwendet werden. Das Roh-Synthesegas wird in der Gasreinigung von Flugstaub befreit und auf Raumtemperatur abgekühlt. Das gereinigte Synthesegas kann beispielsweise Erdgas ersetzen oder als Rohstoff dienen, um Basischemikalien wie Alkohole oder verschiedene Kohlenwasserstoffe herzustellen.

Forscher arbeiten an der Optimierung der Anlage

In der ersten großtechnischen Pilotanlage wurden in Versuchsläufen mit kunststoff- und chlorhaltigen Ersatzbrennstoffen bereits mehr als 2000 t unterschiedlicher Materialströme eingesetzt. Die Betriebsergebnisse und Erfahrungen fließen direkt in Forschungs- und Entwicklungskooperationen ein und werden für die Weiterentwicklung der Technologie genutzt.

 

Gemeinsam mit der TU Clausthal entwickeln die Forscher ein umfassendes Simulationsmodell des Vergasungsprozesses. Sie ergänzen das Modell durch Versuchsergebnisse und Daten aus Labor- und Technikumsanlagen. Diese Anlagen wurden teilweise selbst entwickelt und an die Bedürfnisse des Ecoloop-Verfahrens angepasst. Mit dem Simulationsmodell wird es beispielsweise möglich sein, den Einsatz unterschiedlicher Abfallstoffe zu simulieren und die daraus zu erwartende Synthesegaszusammensetzung sowie den Wirkungsgrad der Anlage zu ermitteln, ohne solche Versuche an der großtechnischen Anlage durchführen zu müssen.

 

Den Schwerpunkt ihrer weiteren Arbeit sehen die Entwickler darin, das Verfahren für verschiedene Reaktorgeometrien und Auslegungsgrößen optimal anzupassen. Mittelfristig wollen sie einen optimierten großtechnischen Anlagentyp entwickeln, der in unterschiedlichen Auslegungsgrößen eine Vielzahl problematischer Abfallströme effizient verwerten kann. Um die Verstromung des Synthesegases zu optimieren, planen sie, Abgas bzw. Kühlwasser als Vergasungsmittel in den Reaktor zurückzuführen. So wollen sie im Verbund mit der Vergasung höhere Wirkungsgrade bei der Stromerzeugung erreichen.

Mehr zum Projekt

Energieeffiziente Nutzung von organischen oder kohlenstoffreichen Materialien als Energieträger in Kalkwerken (Ecoloop)

Abschlussbericht ist erhältlich als externer Download von der TIB Hannover.

Projektbeteiligte:

Projektleitung, Systementwicklung:
Ecoloop GmbH

Entwicklung Simulationsmodell:
TU Clausthal, Institut für Energieverfahrenstechnik und Brennstofftechnik

Verbundpartner:
Fels-Werke GmbH

Förderkennzeichen:
0327490A

Laufzeit:
2008-2014

Links

Hier geht es zum BINE-Projektinfo über dieses Forschungsvorhaben.

Synthesegas aus Kunststoffabfällen erzeugen
BINE-Projektinfo 05/2015

Mehr von BINE Informationsdienst:

Strom und Wärme aus Schwachgas gewinnen
BINE-Projektinfo 02/2012

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.